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消除摩托车神话

介绍雅马哈汽车技术背后的故事。亚博比分官网亚博官网欧冠买球

消除摩托车神话

1卷“他们说你要改变身体的重量才能让摩托车转弯……”

Mayu

我17年前开始骑摩托车,我喜欢的绝对是转弯的乐趣。但我只是时不时地觉得自己骑得很好。说实话,我真的不懂基本的东西,比如为什么摩托车会转弯,或者熟练过弯的秘诀是什么。


转弯是摩托车骑起来如此有趣的原因。
马克斯教授

嗯,Mayu,你怎么让自行车转弯?你有自己的过弯方式吗?你觉得摩托车转弯时为什么会倾斜?

Mayu

嗯,我向前看向角落的出口,把我的重心放在里面的脚踏板上(#1)


(#1)对脚踏板施加压力有时是一种帮助开始转弯的方法。
马克斯教授

正确的。在骑术学校参加障碍障碍课程时,他们会教你把体重放在脚蹬上,以帮助自行车转弯。但是Mayu,当你在路上骑车的时候你每次转弯都这样吗?这并不是说我在转弯时从来没有把我的重量放在脚踏板上,但当我出去巡演时,我几乎从来没有这样做过。毕竟,脚蹬是你骑车时歇脚的地方,对吧?

Mayu

真的吗?所以我想当你真的想把自行车倾斜时,这更重要。我认为,在转弯时转移你的体重也是关键。MotoGP车手将他们的身体重心移到弯道的内侧,以至于他们的膝盖有时甚至肘部会刮到赛道。所以为了让自行车倾斜,你必须移动你的体重,对吗?

马克斯教授

是的,在MotoGP和其他顶级系列赛中,赛车手通常在他们的自行车上使用戏剧性的悬挂风格(#2).但悬挂并不是让自行车倾斜以转弯的“必要条件”。我认为这只是他们用身体来平衡工作中的离心力的一种方式。毕竟,摩托车越野赛选手在转弯时身体经常向外倾斜,这样会使他们的体重与转弯方向相反(#3).换句话说,骑车人重心转移的方向与自行车倾斜的方向并不相同。


(2)《MotoGP》中普遍存在的“悬挂式”骑行风格

(#3)越野摩托车选手将身体重心向转弯的相反方向倾斜。
Mayu

因此,无论是摩托车大奖赛的车手还是越野摩托车的车手,在过弯时都要移动身体的重量来保持平衡。这是否意味着在转弯时移动你的体重和倾斜自行车之间有关系?

马克斯教授

我有个主意。观看这个视频.它展示了雅马哈的一个研发项目,机器人在赛道上骑摩托车。正如你所看到的,机器人根本没有移动它的重量。它不能!尽管如此,它仍然能以高速平稳地通过弯道。

Mayu

是的,但他们用电子设备来控制自行车和机器人,对吧?看到机器人骑着为人类设计的摩托车,也会感觉有点奇怪。
总之,MOTOBOT是如何在不移动车身重量的情况下使自行车倾斜到角落的?他在动车把吗?他是在一瞬间朝相反的方向推栏杆吗?

马克斯教授

“瞬间向相反的方向推杆”是一种说法。这就是所谓的“反转向”。(# 4)例如,当你想向左行驶时,你推左车把,让车把向右转动片刻,但随后自行车就向左倾斜了:这是相反的方向。我想每个人都经历过,事实上,这是关键。

当骑手在自行车上转弯时,他们在使用反转向,不管他们是否意识到这一点。即使转向角度非常小,车手实际上是在向相反的方向推把手。


(#4)反转向:轻推左侧车把,车把向右移动瞬间,使自行车向相反方向倾斜。
Mayu

哦,所以你朝你想去的方向推车把,自行车就会朝那个方向倾斜和转弯。

马克斯教授

这是正确的。如果你想左转,轻轻推左车把,车把就会向右移动,然后自行车就会向左倾斜。这是countersteering。

再举一个例子:想象你正用手掌平衡一把伞。如果你想把伞往左移,你必须立刻把手掌向右移动,这样伞就会开始往左掉。然后你把手向左移动以保持伞的平衡(# 5).在摩托车上转弯非常相似。

基本上,骑手使用反转向使自行车向拐角的方向倾斜。一旦达到一定的倾斜角度,骑车人就会无意识地停止反转向,通过释放手臂的力量,自行车就会自然地保持车把朝着转弯的方向转动。

当这种情况发生时,自行车是倾斜的,但是平衡的,转弯平稳而自然。大多数骑手都是无意识地做这些动作,没有刻意的努力。由于反转向涉及的车把角度非常小,从不到1°到2°左右,大多数车手在做反转向时都感觉不到车把的任何东西。


(#5)反转向时的动作类似于用手掌平衡一把伞。
Mayu

我明白了,这就是反转向的原理。

马克斯教授

MotoGP车手在转弯时以各种不同的方式转动把手;有时他们把栏杆转得很大,有时转得很小。其中一些技术可能只有世界上最好的骑手才会使用。你可能会觉得很有趣,看看MotoGP比赛中的一些自行车车载镜头,观察车手在过弯时如何操纵把手。

Mayu

我明白了,谢谢你的解释!所以骑手真的需要用车把来让自行车倾斜和转弯。但现在我在想,人们怎么能不假思索地做这么复杂的事情呢?

马克斯教授

人类在地球的引力下进化了数千年,所以巧妙地平衡重力的能力可能是与生俱来的。

马克斯教授

“你改变体重让摩托车转弯”可能只是另一个摩托车迷思。

2卷。“他们说,当你加速时,自行车尾部会蹲下……”

Mayu

对我来说,骑摩托车加速的感觉让骑摩托车变得如此有趣。用你的身体直接感受加速度是令人兴奋的,特别是当它从一个停止或打开油门,你感觉自行车的后部蹲下来,后轮抓住路面。这是一种让你爱上自行车的感觉!

马克斯教授

我同意!但我注意到你说车尾是“蹲下来的”。当你加速的时候,你肯定会有这种感觉,当你在城镇周围看汽车的时候,你可以看到汽车的后部在加速时下沉。但摩托车真的能做同样的事情吗?让我给你们看一段视频(#1)


(#1)底盘实际上是蹲下的吗?
马克斯教授

你怎么看?

Mayu

嗯…在这个视频中,后方没有蹲着。它看起来是向上移动的?但当你骑车的时候,感觉就像被压缩了一样。

马克斯教授

这种感觉是因为前叉的运动。当你加速时,前叉会延伸,这将使底盘的前部上升,后部下降。所以它给人一种自行车后部被压缩的错觉。

Mayu

哦,如果前叉是软的,会增加加速的感觉吗?这似乎有点奇怪。

马克斯教授

好吧,如果前叉不动,你得到的加速感可能会改变。在一辆典型的自行车上,车叉没有阻尼机构,所以底盘的位置没有变化。但是因为摩托车改变了姿态,你会感受到更多的加速度。

摩托车的性能也会影响其姿态的变化,而这其中的秘密就在于摇臂。它的形状、长度、定位、刚性等等都有很大的不同。

Mayu

是啊,摇臂看起来确实很结实。但我不太明白这是怎么回事。它连接后轮和减震器,对吗?

马克斯教授

是的,但它还执行其他重要任务。发动机的动力是驱动后轮的动力,轮胎和路面之间产生的摩擦力是推动自行车前进的动力。简单来说,动力从发动机传递到前链轮,然后传递到链条,然后传递到后链轮,然后传递到车轮和轮胎,最后传递到路面(#2)


(#2)摩托车的动力流

当这种情况发生时,链条就会被巨大的力拉动,摇臂就会承受这种力。然而,关键是如何摇臂承受着这种力。

Mayu

摇臂如何承受力?我不明白你的意思,但它一定是正向的,对吧?

马克斯教授

正确的。但力的传递并不是严格意义上的水平方向。如果你画了一条线连接前和后驱动链轮轴,摇臂的枢轴点位于稍高于它在大多数自行车(#3)


摩托车的链轮和摇臂之间的关系

即使它位于这条线以下,自行车仍然会向前移动,但它安装在这条线以上是有原因的。让我们比较一下当它被安装在上面和下面时会发生什么(# 4, # 5)


(#4)以上要点

(#5)轴心点如下
Mayu

哇,真有趣。

马克斯教授

想象一下三角形将如何改变它的形状。

Mayu

三角形变了?三角形在哪里?

马克斯教授

三角形是由前、后驱动链轮和底盘上的摆臂枢轴点之间的线形成的。这个图表解释了这一点(# 6)


(#6)在链轮和摇臂枢轴之间形成三角形

(#6)在链轮和摇臂枢轴之间形成三角形

在加速过程中,发动机的扭矩(力)拉动驱动链,并试图将后轮拉向发动机。这就是左边图中所发生的。这个力试图缩短A和B之间的长度,但是,A和C之间的距离以及B和C之间的距离是固定不变的。结果,三角形的顶点C上升,如右图所示。由于轮胎与路面接触,只有摇臂前端上升,并不断上升。

Mayu

我明白了。

马克斯教授

当摇臂枢轴上升时,底盘的后部不会下沉,而是上升。当然,它上升多少取决于摆动臂的角度。

Mayu

所以,自行车后部在加速下蹲下的感觉真的只是一种幻觉,而在现实中,当你加速时,自行车后部会上升。

马克斯教授

这是正确的。支点和摆臂的形状和长度对自行车的操控有很大的影响。上世纪90年代的GP赛车,如YZR500,甚至YZR-M1 MotoGP机器,摇臂枢轴是可调的(# 7)


(#7) YZR-M1摇臂枢轴

当你想到这些细节技术方面是如何发挥作用的,它会让比赛变得更加有趣。

Mayu

谢谢你!但当我观看MotoGP比赛的开始时,它看起来仍然像自行车的后部蹲着。

马克斯教授

MotoGP自行车加速太快,前轮有时会脱离地面。这些轮车只是让它看起来像自行车后面蹲着(# 8)


(#8) 2016年日本大奖赛
马克斯教授

“摩托车在加速时尾部会下蹲”可能只是另一个关于摩托车的神话。

第三卷:“倾斜式多轮车(LMW)经常爆胎是因为它们的轮胎更多吗?”

马克斯教授

Mayu,你以前骑过三位一体吗?

Mayu

是的。我有个朋友骑过,我以前借过。它真的像骑其他摩托车一样,但前端感觉很好,轮胎感觉真的在路上。它也像摩托车一样倾斜转弯,所以骑起来真的很有趣。

马克斯教授

对吧?LMW平台有很多优点,但稳定的感觉和前端的信心绝对是最大的吸引力。

Mayu

他们不会感到不稳定。这种独特的、近乎神秘的稳定感可能会让一些乘客无法抗拒。

马克斯教授

雅马哈公司有很多人都骑摩托上班。当穿过天流河上的桥时,经常会刮起干燥的大风,许多骑手说,Tricity在侧风中感觉就像一辆大得多的自行车一样稳定。

我们实际上也测试并验证了这一点。

Mayu

所以,LMW在侧风中感觉稳定,因为它有两个前轮。但有些人说,因为它有更多的轮胎,它也有更多的单位。

马克斯教授

这很有趣。我不知道现在有这种传言。

Mayu

前几天,我朋友的自行车被钉子弄爆了后轮。他马上把它拿到商店去修理,听到一些顾客在谈论LMWs容易被击穿。

马克斯教授

我明白了。但仅仅因为Tricity有三个轮胎并不意味着它比其他摩托车有更高的机会爆胎。

Mayu

是的,但是因为它的轮胎接触路面的面积是传统摩托车的1.5倍,所以自然爆胎的几率就会更高,不是吗?

马克斯教授

实际上,LMW的爆胎几率会小一些。据说,大多数由钉子造成的扎伤都是由于前轮胎轧到躺在路上的钉子并使钉子倾斜,所以它刺穿了在前面后面滚动的后轮胎。

Mayu

哇,我从来没有想过我的自行车的前轮胎实际上是后轮胎瘪掉的原因……

马克斯教授

当然,自行车的速度、轴距、钉子的位置和其他一些因素都必须是这种情况发生的特定方式,所以仅仅因为你碾过了钉子并不一定意味着你会爆胎。

Mayu

我明白了。我觉得我通常会在后面穿平底鞋,所以这是有道理的。

马克斯教授

据说,骑马时由钉子和其他异物引起的刺穿最常发生在后轮胎上。但如果是这样的话,由于LMW的后轮不在前轮的正后方,因此它不太可能被前轮的钉子刺穿。这里有一个简单的动画来说明这一点。

Mayu

这样更容易理解。

马克斯教授

由于后轮更容易被扎破,一些自行车只在后轮上使用无内胎轮胎,因为它们失去空气压力更慢。Mayu,你知道你的赛罗(XT250)是这样的吗?

Mayu

所以这就是后轮胎无内胎的原因!我以为是为了减肥。

马克斯教授

当然,避免被刺破并不是唯一的原因,无内胎轮胎确实更轻。但无内胎轮胎真正的优点是当它被扎破时,它不会那么快失去气压。

Mayu

我刚学到了新东西!

马克斯教授

在任何情况下,与两轮摩托车相比,LMW后轮爆胎的几率肯定更小。

Mayu

不过,这并不意味着LMWs永远不会爆胎。我听说如果你把钉子拔出来,轮胎会很快泄气,所以最好马上停车,把钉子留在车上,然后去商店修理。这是真的吗?

马克斯教授

对,这是最好的办法。但不管怎样,LMW的轮胎多并不意味着它会被更多的轮胎戳破。这可能只是另一个关于摩托车的流言。

第四卷:“扭矩越大加速越快,这是真的吗?”

Mayu

麦克斯教授,这次你能教我有关马力和扭矩的知识吗?我知道马力基本上是“动力”,但很难找到一个不同的词来表示扭矩,所以我不清楚它是什么。我经常听说扭矩可以提供更好的加速度,但我仍然不明白这是如何工作的。

马克斯教授

好话题!你知道两者都是“力”吗?

Mayu

嗯,我在网上看到扭矩表示发动机的旋转能量或旋转力,但我不太明白。你怎么解释?

马克斯教授

称扭矩为扭转力可能更容易理解。

Mayu

扭转力?你是指像拧湿布或毛巾那样把水弄出来吗?


(#1)扭矩可以比作扭曲一块布。
马克斯教授

是的,这是个很好的例子。你可以把扭矩看作是拧毛巾时产生的力(#1).当扭转力导致物体绕轴旋转时,旋转力可以理解为“马力”。以摩托车为例,发动机产生的旋转力驱动后轮和轮胎,推动摩托车前进。顺便说一下,这只适用于产生旋转力的发动机。

Mayu

你说的“产生旋转力的引擎”是什么意思?

马克斯教授

好吧,你可以说摩托车和汽车的发动机基本上是旋转产生驱动力的设备。它们通过旋转为物体提供动力。

Mayu

嗯…有不旋转的引擎吗?

马克斯教授

当然。喷气发动机不产生旋转力,所以扭矩的概念不适用于它们(#2)

Mayu

所以即使它们在起飞时迅速加速你能感觉到,你不能说它们产生扭矩?


(2)扭矩的概念不适用于喷气发动机。
马克斯教授

喷气发动机的性能是用“推力”和“最大起飞重量”这样的术语来表示的,而不是扭矩。但无论如何,让我们回到摩托车。

Mayu

好的。我开始明白扭矩是一种扭转力。但当我听到有乘客说,扭矩大的发动机有很大的加速度时,怎么办?

马克斯教授

嗯,在我看来,这些术语被混淆了。

Mayu

我在网上读过一篇引擎开发者写的文章,说一个50cc的小型机车引擎可以产生和大型自行车引擎一样大的动力。这把我搞糊涂了。

马克斯教授

听起来他们好像搞反了,对吧?“它的速度很快,因为它有扭矩”,“即使它没有太多扭矩,我们也可以让它更快。”让我们来帮你理清思路。

让我们先看看扭矩。想象一个体重30公斤的小孩a和一个体重60公斤的人B站在跷跷板上。如果孩子A距离轴心点4米B距离轴心点2米,跷跷板不会移动,因为它是平衡的(#3)


作用在跷跷板枢轴点两边的力是扭矩。
Mayu

我想我们在小学或初中学过这个,但是这和扭矩有什么关系?

马克斯教授

作用在跷跷板枢轴点左右两侧的力就是力矩。围绕枢轴点产生了旋转力,但由于左右力相等,跷跷板不动。在本例中,每侧的扭矩为120kg∙m (30kg × 4m = 60kg × 2m)。

Mayu

我开始明白扭矩是什么了。但你能解释一下为什么一台50cc的小扭矩机车发动机能产生和大型自行车发动机一样大的驱动力吗?

马克斯教授

好吧,相反,想象一只猫和一只大猩猩现在坐在跷跷板上。这只5公斤重的猫坐在离跷跷板边缘轴心点50米远的地方。所以5公斤× 50米意味着我们的猫产生250公斤∙米的扭矩。如果大猩猩重200公斤,离轴心只有1米,那就是1米× 200公斤,或者200公斤∙m的扭矩。所以大猩猩最终比猫“轻”(# 4)


(4)猫打败大猩猩是因为扭矩是使跷跷板旋转的力。
Mayu

我看到!这只轻量级的猫是50cc的踏板车发动机,因为它离枢轴点很远,你可以说它有一个“更大的齿轮比”。大猩猩就像一个升自行车发动机,它的齿轮传动比小得多,如此接近枢轴点,猫实际上产生了更大的扭矩!

马克斯教授

如果我们更进一步,即使只是改变轮胎直径,一辆小排量摩托车的发动机也能产生相当于一升自行车的驱动扭矩。

因此,除了发动机的功率外,齿轮传动比和轮胎直径也会改变后轮产生的扭矩。

Mayu

但是升排量的自行车还是要快得多,对吧?等等,马力呢?

马克斯教授

好问题。如果我们回到我们的第一个跷跷板的例子,因为左边和右边的扭矩值是相同的,跷跷板是平衡的,不移动。虽然产生了扭矩,但跷跷板处于静止状态,所以没有产生马力。换句话说,马力为零。

Mayu

所以有扭矩,但没有马力?现在我不确定我理解什么是马力…

马克斯教授

同样,扭矩只是一个扭转力。当运动在一个给定的方向上产生功或速度时,移动一个物体所需的功率,比如摩托车,就是“马力”。

Mayu

但在宣传册之类的东西里,他们有“发动机性能”的图表,用线条显示扭矩和马力是如何根据发动机转速变化的(# 6)


(#6)发动机性能图分别显示扭矩和马力曲线,但将其浓缩到一张图中。
马克斯教授

它们在一个图表上显示了扭矩和马力的曲线,而不是把它们分开显示,只是为了方便。由于它们变得很普遍,我认为在某种意义上它们实际上更容易误解扭矩是什么。

Mayu

那么什么样的图表才是好的呢?

马克斯教授

改变马力的显示方式可能更容易理解。在这种图表中,扭矩的直线保持不变,而马力则由它下面的面积表示(# 7)


(7)用面积而不是线来表示马力更容易理解(图表仅用于可视化目的)。
Mayu

换句话说,发动机的马力是由扭矩和转速决定的!

马克斯教授

这是正确的。高马力让自行车跑得快,这本身并没有错,但现在你知道了,让自行车跑得快的不仅仅是扭矩。

现在让我给你一些关于马力的信息。我们定义1马力为每秒举起75公斤1米所需要的力。所以如果你能在半秒内举起同样的重量,那就是2马力(# 8)


要在1秒内将75公斤举起1米,就需要1马力的力量。
Mayu

啊,这么说大马力确实能让自行车跑得更快。

马克斯教授

简单来说,马力越大的发动机就会有更好的加速度和更高的最高速度。因为扭矩和转速是决定马力的因素,如果有扭矩但转速没有上升,就不会产生马力。

Mayu

我现在明白了。所以,扭矩大的发动机并不总是有更快的加速度。

马克斯教授

是的,这可能只是另一个关于摩托车的流言。